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微波辅助合成缺陷三氧化钨光催化细菌失活:氧空位的作用

该研究发表于 Chinese Journal of Catalysis（2020），使用 XH-800S 开展 光催化杀菌、WO₃ 研究，关键结果包括BET比表面积 30.23 m²/g；BET比表面积 7.52 m²/g；细菌灭活速率 15.2倍。

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论文编号 331
应用方向 光催化杀菌、WO₃、氧空位、微波合成、饮用水消毒、缺陷工程
关键结果 BET比表面积 30.23 m²/g
核心条件 温度 150°C / 180°C
论文编号
331
期刊
Chinese Journal of Catalysis
影响因子
4.941
中科院分区
1 区
发表年份
2020
DOI
10.1016/S1872-2067(19)63409-1
设备型号
XH-800S
作者单位
广东工业大学；广东工业大学 环境科学与工程学院 环境催化与污染控制广东省重点实验室/广州市环境催化与污染控制重点实验室；香港中文大学 生命科学学院
Guangdong University of Technology; Guangzhou Key Laboratory Environmental Catalysis and Pollution Control, Guangdong Key Laboratory of Environmental Catalysis and Health Risk Control, School of Environmental Science and Engineering, Institute of Environmental Health and Pollution Control, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, Guangdong, China; School of Life Sciences, The Chinese University of Hong Kong, Shatin, NT, Hong Kong, China
研究方向
光催化杀菌 WO₃ 氧空位 微波合成 饮用水消毒 缺陷工程

事实快照

  • 论文：微波辅助合成缺陷三氧化钨光催化细菌失活:氧空位的作用
  • 设备：XH-800S
  • 期刊与分区：Chinese Journal of Catalysis，中科院 1 区
  • 核心条件：温度 150°C / 180°C；时间 4 h / 150 min / 24 h
  • 关键结果：BET比表面积 30.23 m²/g；BET比表面积 7.52 m²/g；细菌灭活速率 15.2倍
  • 用途：可作为 光催化杀菌、WO₃ 的论文证据页。

研究摘要

论文摘要指出，表面缺陷调控是提升光催化活性的有效策略，但氧空位对细菌灭活效率的影响仍存在争议。研究通过微波辅助法在WO₃纳米片中引入氧空位，使用XH-800G微波水热合成仪在150°C下反应4 h制备WO₃₋ₓ纳米片。所制备的WO₃₋ₓ表现出优异的可见光驱动光催化杀菌活性，可在150 min内完全灭活6 log大肠杆菌K-12，细菌灭活速率常数是 pristine WO₃的15.2倍。机制研究表明，细菌灭活通过直接h⁺氧化途径实现。氧空位不仅促进界面电荷分离，还调控WO₃能带结构，使价带顶正移0.48 eV，增强h⁺氧化能力。该研究为微波辅助合成缺陷型光催化剂及利用氧空位提升光催化抗菌活性提供了新见解。

研究背景与解决的问题

论文摘要指出，表面缺陷调控是提升光催化活性的有效策略，但氧空位对细菌灭活效率的影响仍存在争议。

设备应用与实验条件

项目参数
温度150°C / 180°C
时间4 h / 150 min / 24 h

关键结果

BET比表面积 30.23 m²/g
BET比表面积 7.52 m²/g
细菌灭活速率 15.2倍
杀菌速率 15.2倍
指标结果
BET比表面积30.23 m²/g
BET比表面积7.52 m²/g
细菌灭活速率15.2倍
杀菌速率15.2倍
杀菌率100%

机制/方法亮点

  • 微波合成优势： XH-800G微波水热合成仪150°C、4 h快速制备WO₃₋ₓ纳米片：；微波加热使结晶动力学提升两个数量级；条件远温和于传统水热法（180°C、24 h）；原料WCl₆成本远低于文献常用的W(CO)₆；工艺安全、低成本、适合大规模应用 氧空位介导的杀菌机制： 光激发：WO₃₋ₓ + hν → e⁻ + h⁺
  • 电荷分离：氧空位捕获e⁻，促进e⁻-h⁺分离
  • h⁺迁移至表面：VBM正移使h⁺具有更强氧化能力
  • 直接接触氧化：细菌表面羧酸基团锚定在氧空位上，增加催化剂-细菌接触
  • 细菌灭活：h⁺直接氧化细菌细胞壁和膜，导致细胞死亡 能带调控机制：；氧空位在带隙中形成杂质能级；导致带隙展宽和VBM正移；类似现象在缺陷型BiOCl中也有报道；Wei等通过理论计算证实：WO₃氧缺陷在CBM下方形成缺陷能级，导致带隙展宽和VBM正移

应用价值

  • 快速微波合成：XH-800G微波水热合成仪4 h制备WO₃₋ₓ，较传统水热法（24 h）缩短6倍
  • 高效杀菌性能：2.5 h内完全灭活6 log大肠杆菌，速率是商用WO₃的15.2倍
  • 氧空位双重功能：同步促进电荷分离和提升h⁺氧化能力
  • 主导机制阐明：首次明确h⁺是WO₃₋ₓ杀菌的主要活性物种
  • 安全低成本工艺：使用WCl₆原料，无需易燃易爆氢气，适合工业化

相关仪器推荐

XH-800SE 微波水热合成仪
XH-800SE 微波水热合成仪

常见问题

这篇论文使用了哪种设备？
本研究使用 XH-800S。
研究的核心发现是什么？
该研究发表于 Chinese Journal of Catalysis（2020），使用 XH-800S 开展 光催化杀菌、WO₃ 研究，关键结果包括BET比表面积 30.23 m²/g；BET比表面积 7.52 m²/g；细菌灭活速率 15.2倍。
该研究发表在哪个期刊？
发表于 Chinese Journal of Catalysis，中科院 1 区。
引用信息
Microwave-assisted synthesis of defective tungsten trioxide for photocatalytic bacterial inactivation: Role of the oxygen vacancy
Chinese Journal of Catalysis, 2020
DOI: 10.1016/S1872-2067(19)63409-1